英特尔与ARM:两大巨头纠结的命运

英特尔几乎没有取得在移动市场的凹痕,而ARM一直是非常成功的

英特尔几乎没有取得在移动市场的凹痕,而ARM一直是非常成功的。对于是否是英特尔的灭顶之灾 - 或者是ARM的胜利夸大了?

如果PC和英特尔都在臀部加入,那么英特尔根据Gartner的步履蹒跚,与2013的PC销售标记下降10%“在PC市场有史以来最严重的衰退,”。

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ARM似乎选择了一个更好的合作伙伴。它的芯片设计已经进入了令人震惊的99%的移动设备,在2013年,平板电脑和智能手机的销量分别增长了50%和38%。

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这听起来像一个典型的大卫和歌利亚的故事:英特尔是缫丝巨人坚持其摇摇欲坠的PC支柱,而ARM是灵活的移动播放器与拥有计算的未来完美的目标。但也有与叙事的问题。

让我们从大小开始。过去12个月,ARM的营收略高于11亿美元,而英特尔的营收接近530亿美元。两家公司的不同之处在于:英特尔是垂直整合的,既设计自己的芯片,也制造自己的芯片,而ARM则开发知识产权,仅此而已。ARM将其处理器设计授权给高通(Qualcomm)、英伟达(Nvidia)或三星(Samsung)等中坚企业,而这些企业又与你从未听说过的GlobalFoundries、联合微电子(United Microelectronics)和台积电(TSMC)等公司签订了实际生产合同。

截至2013年10月,你可以把英特尔(Intel)加入到最后一个名单中。这是正确的,英特尔实际上是生产ARM芯片的

所以ARM和Intel在传统意义上并不是直接的竞争对手,尽管ARM在移动市场上比Intel成功得多,这是绝对的事实。此外,尽管个人电脑可能在走下坡路,英特尔x86处理器仍占据着利润率较高的服务器市场,而ARM几乎还没有进入这个市场。很明显,移动游戏还没有结束,因为英特尔正在加速推出一系列新的移动处理器,并在处理器制造方面取得独特的新进展。

为什么ARM已经胜利在移动基于arm的芯片主导了移动处理器的设计,就像几十年前英特尔x86系列处理器锁定了Windows个人电脑市场一样。

然而,ARM的成功在很大程度上与更好的技术没有什么关系。这是公司的商业模式。而英特尔只生产ARM芯片设计他们,把物理制造留给客户/许可方。无论是出于偶然还是出于精明的计划,ARM几乎发起了半导体知识产权许可的想法。

这对诺基亚、爱立信、摩托罗拉以及其他早期采用ARM处理器架构的公司来说非常重要,因为这些公司当时正在制造被称为“移动电话”的新奇设备,这些设备需要体积小、依靠电池运行。所有传统微处理器公司的芯片都太大了,装不下,而且它们被设计为以交流电源运行。有些人需要风扇或散热器来保持凉爽。

什么密封处理,然而,是自己设计的ASIC需要的移动设备制造商意在电力特定的设备 - 并意识到它的工作更好地为CPU整合到与ASIC,而不是焊接的CPU并肩作战。

进入ARM和它的出租cpu业务模式。想要在你的新ASIC或SoC的其他成分中混合一个CPU ?ARM有你的秘方。与当时其他几家公司一样,ARM愿意让客户将其CPU植入自己的设备中。

从那时起,一切都充满了动力。一旦ARM在移动市场获得立足点,其他公司也纷纷效仿。与pc机、服务器和大多数基于处理器的系统一样,后来的产品与以前的产品基于相同的处理器系列。毕竟,为什么要换呢?如果上一代还能工作,那么让下一代也能工作,但速度更快。破坏设计,用新的CPU系列(包括新的软件和新的开发工具)重新开始,肯定会扼杀你的职业生涯。

手臂的效率优势ARM的CPU架构相对简单,这使它成为集成的一个很好的选择。一个更复杂的CPU对于外来者来说很难正确操作——而且可能无法工作。

想象一下,一个技术熟练但缺乏经验的工程师试图仅仅基于原理图来制造他的第一台奔腾处理器。你认为这会有多好?相比之下,早期的ARM设计使用静态计时和简单的时钟树,没有动态状态。整个CPU可以停止死(0 MHz),但仍然工作时,它加速了。这对于ASIC设计师来说是一个巨大的福音,他们试图专注于自己的逻辑,而不是别人的。

ARM采用的是RISC架构的芯片。RISC被认为是更现代,更优雅,更适合新的设计比CISC。但是,今天的差异比技术更多的语义。RISC应该是一个精简,精简的方法来CPU设计。抛弃所有你不使用那些凌乱的旧指令的思维去,什么是左边是一个精干,平均计算的机器。

原来的RISC设计确实是很有斯巴达。几乎立即停止。渐渐地,像MIPS和SPARC RISC处理器开始扣回多的特点,他们早期会回避。(硬件乘法器?天哪,也许这是一个好主意,毕竟。)ARM,像它的天大多数其他RISC的设计灵感,开始了简单而逐渐变得更加复杂。尽管如此,它的清洁和整洁比好船X86的藤壶缀满船体。

事实证明,几乎无人预测这个简单的设计真正的回报:更低的功耗。流行的看法相反,RISC处理器既不是比他们老态龙钟的CISC前辈快也不慢。但他们一般都比较节能的,这原来是当你正在做电池供电的小发明脱颖而出的关键因素。

要比较一种CPU电路设计和另一种CPU电路设计是很困难的,但粗略地说,ARM设计的晶体管数量大约是x86设计的三分之一。这还不包括缓存和总线接口,因为它们很容易就会比CPU“核心”本身消耗更多的晶体管。事实上,今天的大多数处理器——RISC或CISC——大约有四分之三的缓存,只有一个小小的CPU核心隐藏在芯片的一角。

ARM可以逃脱削减其晶体管预算,因为它并没有像很多建筑特色为支持x86。它具有的功能的小剧目 - 小汇编语言的词汇,可以这么说。英特尔的芯片可以处理BCD编码的数字;ARM只做二进制文件。英特尔有一个内置的循环计数器;ARM依赖于软件定义的循环。英特尔强制实施和维护上的代码,数据和堆栈段的界限,并能自动陷阱意外(或恶意)违规。ARM处理器有一点也不像。

自'386以来的所有x86处理器都实现了一个四级特权层次结构,目的是防止低级代码污染高级代码。这是复杂的操作系统在软件中做的事情,而芯片完全在硬件中实现,不需要代码。这是一个了不起的特性,但它需要几百万个晶体管才能工作,这就意味着电力。

这样的例子不胜枚举和,但x86架构已累计在过去三个十年的特征并不总是在基准测试结果显示出来。添加系统级功能的帮助与操作系统相关的代码或不起眼的角落的情况下,或者他们来增强安全性。所有这些加载项使芯片更大,更热,更贵。

随着ARM发现自己在为越来越复杂的系统设计处理器,比如多核Android平板电脑、微服务器和运行虚拟机监控程序和多个安全操作系统的64位机器,它不得不添加更多原先省略的大个子功能。

虚拟内存?检查。安全功能?检查。宽寄存器,浮点扩展,伪DSP指令?检查,检查,检查。渐渐地,ARM正在留下RISC的理念,而且越来越喜欢复杂的处理器,它颠覆。该公司已经重新定义了它的指令集至少两次,有时会牺牲性能,功能,或可扩展性的祭坛二进制兼容性。

按照他们知道的去做随着移动设备变得越来越复杂,这会给英特尔留下机会吗?可能不会,至少不会超过某一点。首先,英特尔在这场派对上来得太晚了,我们已经看到了惯性是如何推动这项业务的。

既然这样,英特尔的移动Atom处理器是刚刚好,因为领先的基于ARM的替代品,而ARM军队有一个明显的头部开始,当涉及到软件,生态系统和经验池。这是一个艰难的销售说服的工程团队,以改变其处理器家族,软件和开发工具,以购买一个芯片,是“几乎没有一样好”,因为他们已经在使用一个。

出于同样的原因,ARM在PC业务中毫无意义,至少如果你将“PC”定义为运行Windows应用程序的系统的话。人们买电脑不是为了漂亮的Windows用户界面;他们购买它是为了访问他们现有的PC应用程序。Windows RT不光彩的命运证明了这一点。

服务器中的ARM更合理一些,主要是因为服务器不会运行太多压缩包装的代码,也不会有除处理程序之外任何人都能看到的用户界面。毕竟,Linux控制着数据中心,而且Linux可以在A2020欧洲杯预赛RM处理器上运行。此外,数据中心对低功耗解决方案的需求也在不断增长,因为随着时间的推移,功耗成本可能会超过硬件本身的成本。2020欧洲杯预赛

但在这里惯性再次抬头。大多数服务器都是基于x86的,目前还没有必要切换。如果基于arm的服务器芯片能够提供更好的性价比,那么他们就有可能取得成功。当然,一些新的服务器制造商正热切地关注基于arm的设计,哪怕只是因为这能让它们与基于x86的通用竞争对手区分开来。但这将是一个艰难的过程。

英特尔的制造优势英特尔是传统的烟囱产业:从设计到制造再到销售,一切都在一个屋檐下完成。ARM更像是一家市区的建筑公司,从事白领工作,并将其蓝图授权给其他人。ARM不生产芯片,英特尔不收取专利费。

理论上,这意味着英特尔的芯片只能来自英特尔,而基于arm的芯片可以来自许多不同的供应商中的任何一家。实际上,每一个基于arm的芯片都是唯一的,并且没有第二来源。这使得ARM的处理器与英特尔或其他公司的处理器一样,完全是由供应商决定的。

英特尔对制造的重视意味着该公司狂热地关注产量。建造一个几年后就会过时的新芯片制造厂需要花费50多亿美元,你不需要有高级经济学学位就能看出摊销是一个巨大的负担。每一块芯片都被其诞生地的破碎成本压得喘不过气来。

因此,英特尔是所有关于大批量产品 - 不专业的小众产品。从大量的窄排除英特尔(读:新兴)市场。它还可以防止公司作出特殊分拆具有独特的I / O,不同的配置,或专用功能的处理器。一个大小必须适合所有。

然而,这50亿美元的投资也有它的好处。它在更快的速度、更小的模具尺寸和更低的功率消耗方面获得了可观的回报。物理定律同样适用于每个人,不管他们的处理器架构是什么,英特尔目前的22nm半导体光刻技术比大多数其他公司的都要超前整整一代。更小的晶体管意味着更小的电压波动,更短的信号传播时间,更少的热量散失。这也意味着更小的电路尺寸,这意味着更小的芯片尺寸,这意味着每片硅片有更多的芯片。这意味着有更多的芯片可以出售。

因特尔是为数不多的有财力投资于最先进的制造研发的公司之一。其他所有人——包括所有获得ARM授权的人——都不得不依靠共享制造、主流技术和不那么激进的物理原理。

长打出来英特尔和ARM不能更不同的市场,但它们各自的架构正在逐渐融合技术。毕竟,计算机科学家们一直在研究和模拟设计的处理器的最佳途径了数十年,这些相同的结论适用于每个人。ARM已经变得更加CISC-指明分数历年来,而英特尔的x86已经成为流线型其他领域。

目前来看,英特尔的制造能力完全抵消了ARM的建筑优势,至少在能源效率方面是如此。在性能竞赛中,英特尔是无可争议的领先者,但这可能是因为ARM不是想要设计超快处理器,并不是因为它不能。

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